KR20060034404A

KR20060034404A - 플라즈마 디스플레이 패널 투명 유전체용 유리 조성물

Info

Publication number: KR20060034404A
Application number: KR1020040083413A
Authority: KR
Inventors: 강민수; 황명익; 박준현; 민동기; 오영석
Original assignee: 대주전자재료 주식회사
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2006-04-24

Abstract

본 발명은 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 투명 유전체용 유리 조성물에 관한 것으로서, 1) B₂O₃ 10 내지 30 중량％, 2) BaO 5 내지 30 중량％, 3) ZnO 10 내지 40 중량％, 4) Bi₂O₃ 20 내지 60 중량％, 5) SiO₂ 1 내지 10 중량％, 6) 유리수식제 0 내지 10 중량％, 및 7) 색상조절제 0.01 내지 5 중량％를 포함하면서 환경 유해물질인 PbO를 함유하지 않는 것을 특징으로 하며, 이러한 본 발명의 유리 조성물은 열적, 광학적, 전기적으로 안정한 PDP 투명 유전체의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

플라즈마 디스플레이 패널 투명 유전체용 유리 조성물{GLASS COMPOSITION FOR A TRANSPARENT DIELECTRIC OF A PLASMA DISPLAY PANEL}

본 발명은 환경 유해물질인 PbO를 함유하지 않으며 저온 소성이 가능한, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 투명 유전체용 유리 조성물에 관한 것이다.

플라즈마 디스플레이 패널(PDP)은 넓은 광시야각, 총천연색(full color) 및 빠른 응답 속도를 가지며, 대형이면서도 두께가 얇다는 장점을 가지므로, 가정용 벽걸이 TV, 사무실 회의용 및 공공 장소의 대형 표시기구 등으로 이용될 수 있다. PDP의 구조를 보면, 전면 기판은 투명 전극, 어드레스(address) 전극, 투명 유전체 및 MgO 보호막으로 이루어지고, 후면 기판은 어드레스 전극, 배면 유전체, 격벽 및 형광체로 이루어진다. 두 기판 사이에는 크세논이나 네온 등 방전가스가 채워져 있다.

투명 유전체는 PDP에서 기체 방전시 작은 구동전압으로 방전을 유지할 수 있게 할 뿐 아니라 발광 효율을 향상시키는 등 중요한 역할을 한다. 이러한 역할을 수행하기 위해서, 투명 유전체는 80％ 이상의 광투과율, 7∼15 범위의 유전상수 및 1.1KV 이상의 내전압을 가져야 하며, 피접착제간의 열응력 발생을 방지하도록 열팽창계수가 유리기판과 유사하여야 하며(60∼90×10^-7/℃), 550∼580℃ 사이에서 소성이 가능하여야 한다.

기존의 투명 유전체는 연화온도(Ts)를 낮추어 550∼580℃에서의 소성을 가능하게 하는 PbO를 주성분으로 포함하며, 주로 PbO-SiO₂-B₂O₃, PbO-B₂O_3,PbO-SiO₂-P₂O₅계의 유리 조성이 사용된다. 그러나, 이와 같은 PbO계 물질은 인체 및 환경적으로 매우 유해한 물질이기 때문에 세계 각국에서 규제 대상이 되고 있다.

이에, 일본 특허공개 제2001-89187호는, PbO를 함유하지 않는 유리 조성물(Pb-free 조성물)로서 ZnO-B₂O₃-SiO₂ 유리 조성계에 Li₂O, Na ₂O, K₂O의 알칼리 산화물, 또는 LiF, NaF, KF의 알칼리 불화물을 첨가하는 것을 개시하고 있다. 그러나, 알칼리 금속이온은 유리내에서 이동도가 매우 커서, 투명 유전체를 소성할 경우 인접해 있는 Ag 전극(투명 전극)과 이온교환반응을 일으킴으로써 황변현상을 유발하여 패널의 휘도를 저하시킨다. 또한, 불화물은 인체에 해로운 성분일 뿐만 아니라 이를 함유한 유리는 수분에 민감하게 반응하는 문제점을 갖는다.

또한, 대한민국 특허공개 제2002-33006호에서도 Pb-free계 투명 유전체용 유리 조성물로서 BaO-B₂O₃-ZnO계 유리 조성물을 개시한 바 있으나, 비교적 높은 유리전이온도를 가져 실제 PDP 패널에 적용하기에는 다소 무리가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 기존 투명 유전체의 주성분 중 인체 및 환경에 유해한 PbO를 함유하지 않으면서 열적, 광학적, 전기적으로 안정하며 저온 소성이 가능한, PDP 투명 유전체용 유리 조성물을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는,

1) B₂O₃ 10 내지 30 중량％,

2) BaO 5 내지 30 중량％,

3) ZnO 10 내지 40 중량％,

4) Bi₂O₃ 20 내지 60 중량％,

5) SiO₂ 1 내지 10 중량％,

6) 유리수식제 0 내지 10 중량％, 및

7) 색상조절제 0.01 내지 5 중량％를 포함하는,

플라즈마 디스플레이 패널 투명 유전체용 유리 조성물을 제공한다.

이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 유리 조성물을 구성하는 각각의 성분에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

B₂O₃는 유리형성에 관여하는 필수적인 산화물로서, 유리 조성물의 총 중량 기준으로 10 내지 30 중량％, 바람직하게는 10 내지 26 중량％의 양으로 사용할 수 있다. B₂O₃의 양이 10 중량％ 미만인 경우에는 유리화가 어렵고, 30 중량％를 초과하는 경우에는 생성된 유리에 상분리 현상이 발생하며 유리의 연화온도(Ts)가 증가한다.

BaO는 유리 조성물의 유리전이온도(Tg) 및 연화온도를 낮추고, 유전상수 및 열팽창계수(TEC)를 높이는 역할을 하며, 유리 조성물의 총 중량 기준으로 5 내지 30 중량％, 바람직하게는 5 내지 25 중량％의 양으로 사용할 수 있다. BaO의 양이 5 중량％ 미만인 경우에는 연화온도가 높아지고, 30 중량％를 초과하는 경우에는 열팽창계수가 매우 커진다.

ZnO는 연화온도, 유전상수, 열팽창계수를 낮추는 역할을 하며, 유리 조성물의 총 중량 기준으로 10 내지 40 중량％, 바람직하게는 10 내지 30 중량％의 양으로 사용할 수 있다. ZnO의 양이 10 중량％ 미만인 경우 연화온도가 높아 550 내지 580℃에서 소성이 어렵고, 40 중량％를 초과하는 경우에는 유리 조성물 소성시 전극 변색이 유발된다.

Bi₂O₃는 B₂O₃나 SiO₂와 함께 첨가되었을 때 유리형성제 역할을 하며, 연화온도를 낮추고, 열팽창계수 및 유전상수를 높이는 역할을 한다. Bi₂O₃는 유리 조성물의 총 중량 기준으로 20 내지 60 중량％, 바람직하게는 20 내지 50 중량％의 양으로 사용할 수 있는데, 이의 양이 20 중량％ 미만인 경우에는 550 내지 580℃에서 소성이 어렵고, 60 중량％를 초과하면 모유리의 색상이 짙은 갈색으로 변하고 열팽창계수가 증가하여 주변재료와의 열응력을 유발시킬 수 있기 때문에 바람직하지 못 하 다.

SiO₂는 유리 형성 성분으로서 유리를 화학적, 광학적으로 안정화시키는 역할을 하는 반면, 유리전이온도와 연화온도를 크게 높인다. SiO₂는 유리 조성물의 총 중량 기준으로 1 내지 10 중량％, 바람직하게는 1 내지 5 중량％의 양으로 사용할 수 있는데, 이의 양이 10 중량％를 초과하면 연화온도가 지나치게 높아져 바람직하지 못 하다.

본 발명에 따르면, 유리전이온도, 열팽창계수, 연화온도 및 황변현상 등 특성을 제어하기 위한 유리수식제를 첨가하는데, 이의 예로는 TiO₂, P₂O₅, MgO, CaO 및 SrO를 들 수 있다. 이러한 유리수식제가 10 중량％ 이상 첨가될 경우에는 필수성분에 의한 유리의 기본 특성 자체에 큰 영향을 미치기 때문에, 첨가되는 유리수식제는 0 내지 10 중량％, 바람직하게는 0.1 내지 5 중량％의 양으로 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 색상조절제로는 CuO, As₂O₃,Sb₂O₃ 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 유리 조성물 총 중량 기준으로 0.01 내지 5 중량％, 바람직하게는 0.01 내지 1 중량％의 양으로 사용할 수 있다. 색상조절제의 양이 5 중량％를 초과하면 과도한 착색 및 유리 안정성의 저하가 초래되므로, 상기 범위 내로 양을 조절하는 것이 바람직하다.

상기한 성분들을 상기한 범위 내의 양으로 혼합하여 본 발명의 PDP 투명 유전체용 유리 조성물을 제조할 수 있으며, 이러한 조성을 갖는 유리 조성물을 1000 내지 1500℃의 고온에서 용융시킨 후 건식으로 급랭 및 분쇄함으로써 유리 분말을 얻을 수 있다. 유리 분말은 2 내지 3㎛의 평균 입경을 가질 수 있으며, 유리 분말을 통상적으로 사용되는 비히클(vehicle)과 혼합하여 페이스트 상태로 기재 위에 코팅한 후 건조 및 소성함으로써 목적하는 PDP용 투명 유전체를 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 PDP 투명 유전체용 유리 조성물은 산화납(PbO)을 포함하지 않기 때문에 친환경적이고 인체에 무해하며, 열적, 광학적, 전기적으로 안정하고 연화점이 낮아 550∼580℃에서의 저온 소성이 가능하여, PDP 투명 유전체의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예 및 비교예에 의거하여 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예 및 비교예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 제한되는 것은 아니다.

<실시예 1 내지 4>

하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조성으로 구성성분들을 혼합하여 플라즈마 디스플레이 패널(PDP) 투명 유전체용 유리 조성물을 제조하였다. 제조된 유리 조성물을 전기로에서 1250℃의 온도로 용융시킨 후 트윈롤을 이용하여 건식으로 급랭하였다. 급랭한 혼합물을 디스크밀로 조분쇄하고, 다시 건식 분쇄기로 미분쇄하여 평균 입경이 2.5㎛인 유리 분말을 제조하였다. 평균입경은 입도분석기(Mastersizer 2000, Malvern, UK)를 이용하여 측정하였다.

제조된 유리 분말의 유리전이온도(Tg), 연화온도(Ts), 열팽창계수(TEC) 및 유전상수를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 이때, 유리전이온도, 연화온도 및 열팽창계수는 열분석기(Dilatometer, DIL402C, Netzsch, Germany)를 이용하여 측정하였고, 유전상수는 LCR meter(HP-4277A, USA)를 이용하여 측정하였다.

상기 실시예 1 내지 4 중 실시예 1의 유리 분말 30 중량％와 비히클(에틸셀룰로오스 10.78 중량％, 디부틸프탈레이트(DBP) 28.05 중량％, 터피네올 20.37 중량％, 부틸카비톨아세테이트(BCA) 40.80 중량％) 30 중량％를 혼합하여 3롤 밀링한 후 탈포하여 페이스트를 제조하고, 이 페이스트를 어드레스 전극 위에 100 ∼ 150 ㎛ 두께로 코팅한 후 건조 및 570℃의 온도에서 소성하여 PDP 투명 유전체층을 형성하였다.

제조된 투명 유전체층은 기준파장 550nm에서 80％ 이상의 높은 광투과율 및 2KV 이상의 높은 내전압 특성을 나타내었고, 황변 현상을 나타내지 않았다.

<비교예 1>

산화납을 포함하는 일본 아사히 글래스(Asahi glass)사의 투명 유전체용 유리분말 YFT-065F(PbO 65.7 중량％, SiO₂28.3 중량％, B₂O₃ 3.5 중량％, MgO 2.4 중량％, K₂O 0.1 중량％)을 사용하여 상기 실시예와 동일한 방법으로 PDP 투명 유전체층을 형성하였다.

<비교예 2>

산화납을 포함하는 일본 아사히 글래스사의 투명 유전체용 유리분말 YFT-340(PbO 42.5 중량％, SiO₂ 8.6 중량％, B₂O₃ 31.4 중량％, BaO 17.1 중량％, CuO 0.4 중량％)을 사용하여 상기 실시예와 동일한 방법으로 PDP 투명 유전체층을 형성하였다.

비교예 1 및 2에서, 시판 유리 조성물로부터 제조된 유리 분말은 484℃의 연화온도, 77.5×10^-7/℃의 열팽창계수, 및 11 내지 12의 유전상수를 가졌으며, 제조된 투명 유전체층은 기준파장 550nm에서 78 내지 80％의 광투과율 및 1.8KV의 내전압 특성을 나타내었고, 황변 현상을 나타내지 않았다.

이와 같은 실험결과로부터, 본원 발명의 유리 조성물은 산화납을 포함하지 않는 친환경적인 재료임에도 불구하고 450 내지 550℃에 해당하는 낮은 연화온도를 가져 550∼580℃에서의 소성을 가능하게 하고, 이로부터 제조된 PDP 투명 유전체는 투명 유전체에 요구되는 광투과율, 내전압 특성, 열팽창계수 및 유전상수를 만족시킴을 알 수 있다.

Claims

1) B₂O₃ 10 내지 30 중량％,

2) BaO 5 내지 30 중량％,

3) ZnO 10 내지 40 중량％,

4) Bi₂O₃ 20 내지 60 중량％,

5) SiO₂ 1 내지 10 중량％,

6) 유리수식제 0 내지 10 중량％, 및

7) 색상조절제 0.01 내지 5 중량％를 포함하는,

플라즈마 디스플레이 패널 투명 유전체용 유리 조성물.

제 1 항에 있어서,

PbO를 함유하지 않는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 디스플레이 패널 투명 유전체용 유리 조성물.

제 1 항에 있어서,

유리수식제가 TiO₂, P₂O₅, MgO, CaO 및 SrO로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 디스플레이 패널 투명 유전체용 유리 조성물.

제 1 항에 있어서,

색상조절제가 CuO, As₂O₃ 및Sb₂O₃로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 플라즈마 디스플레이 패널 투명 유전체용 유리 조성물.

제 1 항에 있어서,

B₂O₃, BaO 및 ZnO를 각각 유리 조성물의 총 중량 기준으로 10 내지 26 중량％, 5 내지 25 중량％ 및 10 내지 30 중량％의 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 디스플레이 패널 투명 유전체용 유리 조성물.

제 1 항에 있어서,

450 내지 550℃의 연화온도(Ts)를 갖는 것을 특징으로 하는, 플라즈마 디스플레이 패널 투명 유전체용 유리 조성물.

제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항의 유리 조성물로 이루어진 유리 분말과 비히클(vehicle)의 혼합물을 기재 위에 코팅하여 얻은, 플라즈마 디스플레이 패널용 투명 유전체.